بلاک چین چیست؟ به زبان ساده

بلاک چین چیست؟

به زبان ساده، بلاک چین یک نوع سیستم ثبت اطلاعات و گزارش است. تفاوت آن با سیستم‌های دیگر این است که اطلاعات ذخیره‌شده روی این نوع سیستم، میان همه اعضای یک شبکه به اشتراک گذاشته می‌شود.

با استفاده از رمزنگاری و توزیع داده‌ها، امکان هک، حذف و دستکاری اطلاعات ثبت‌شده، تقریباً از بین می‌رود.

مفهوم بلاک چین اولین بار با پیدایش بیت کوین به وجود آمد و پادشاه ارزهای دیجیتال از این راهکار برای ذخیره اطلاعات مربوط به دارایی کاربران بهره برد. همچنین شما می توانید برای آشنایی تخصصی تر با بلاک چین و ارزهای دیجیتال، در دوره رایگان ارز دیجیتال مدرسه معین شرکت نمایید.

• تاریخچه

اولین کار روی زنجیره بلوک رمزنگاری شده امن در سال ۱۹۹۱ توسط استوارت هابر و اسکات استورنتا توصیف شد.

در سال ۱۹۹۲، بایر، هابر و استورنتا درخت درهم‌سازی را به طراحی متصل ساختند، که باعث بهبود کارایی آن شده و اجازه می‌داد که چندین سند در یک بلوک جمع‌آوری شوند.

یک پایگاه داده زنجیره بلوکی که به‌طور خودمختار مدیریت می‌شود از یک شبکه همتابه‌همتا و یک سرور زمانبندی توزیع شده‌استفاده می‌کند.

اولین زنجیره بلوک توسط یک فرد ناشناس یا گروهی شناخته شده به نام ساتوشی ناکاموتو در سال ۲۰۰۸ معرفی شد.

یک سال بعد به عنوان یک جزء اصلی از بیت‌کوین (ارز دیجیتالی) اجرا شد، جایی که آن به عنوان سرفصل عمومی برای همه معاملات در شبکه عمل می‌کرد.

با استفاده از یک زنجیره بلوکی، بیت کوین اولین ارز دیجیتال بود که برای حل مشکل دوجانبه بدون نیاز به یک سرپرست قابل اطمینان و الهام بخش بسیاری از برنامه‌های اضافی بود.

بلاک چین چگونه کار می‌کند؟

واژه بلاک چین (Blockchain) ترکیبی از دو کلمه Block (بلوک) و Chain (زنجیره) است. این فناوری در حقیقت زنجیره‌ای از بلوک‌هاست.

در هر بلاک، هر اطلاعاتی می‌تواند ثبت شود؛ از جرم و جنایت‌های یک فرد تا جزئیات تراکنش‌های یک شبکه پولی مانند بیت کوین.

اطلاعات در بلاک‌ها ثبت می‌شوند و بلاک‌ها با هم به صورت زنجیره‌ای مرتبط می‌شوند. این زنجیره،blockchain را تشکیل می‌دهد.

 هر کدام از این بلاک‌ها چیزی به نام هش (Hash) دارند. یک هش رشته‌ای متنی است که از یک تابع ریاضی خاص تولید شده و کاربرد آن جلوگیری از تقلب در سیستم است.

هش یک داده یا ورودی، همیشه ثابت است. استفاده از راهکار هش باعث می‌شود تا از تقلب و تغییر اطلاعات ثبت‌شده روی بلاک چین جلوگیری به عمل آید.

بلاک‌ها علاوه بر اینکه خودشان یک هش دارند، حاوی هش بلاک قبلی هم هستند. کوچک‌ترین تغییر در اطلاعات یک بلاک، هش آن را به طور کلی تغییر می‌دهد و بلاک چین را غیرمعتبر می‌سازد.

بلاک چین از دیدگاه فنی

بلاک چین را یک به عنوان بایگانی که اطلاعات روی آن ثبت می شوند، در نظر بگیرید. شاید با چیزهایی که با آن بیشتر آشنا هستید، خیلی تفاوت نداشته باشد. مثل ویکیپدیا.

با استفاده از یک بلاکچین، افراد زیادی می‌توانند سوابق مختلفی را به یک نوع بایگانی اطلاعات وارد کنند و همچنین کاربران می‌توانند چگونگی ثبت و به‌ روز رسانی اطلاعات را کنترل کنند.

ساختار و نوع کار این فناوری خیلی با نوع کار وب‌سایت ویکیپدیا تفاوت ندارد. مقالات وب‌سایت دانشنامه آنلاین ویکیپدیا هم محصول یک نویسنده نیستند.

هر کسی می‌تواند با رعایت قوانین ویکیپدیا، در این سایت مطلب منتشر کند. بنابراین در ویکی‌پدیا هم فقط یک فرد اطلاعات را کنترل نمی‌کند.

با این حال، با بررسی‌های عمیق‌تر، تفاوت‌هایی که باعث می‌شود فناوری blockchain منحصر به فرد باشد، روشن‌ می‌شود.

در حالی که هر دو در شبکه‌های توزیع‌شده (اینترنت) اجرا می‌شوند، ویکی‌پدیا در شبکه جهانی وب (WWW)، با استفاده از یک مدل «کلاینت سرور»، طراحی شده است.

این یعنی در ویکیپدیا، داده‌ها روی سرور متمرکز ذخیره می‌شوند. حتی اگر کاربران هم نخواهند، یک یا چند نفر به تمام داده‌ها کنترل دارند و می‌توانند آن‌ها را تغییر دهند یا به طور کامل حذف کنند.

در ویکی‌پدیا، یک کاربر (کلاینت)، با مجوزهایی که در حساب کاربری خود توسط سیستم برایش تعیین می‌شود، قادر است همه یا برخی از ورودی‌های ویکی‌پدیا را که در یک سرور متمرکز ذخیره شده‌اند، تغییر دهد.

هر زمان که یک کاربر به صفحه ویکیپدیا دسترسی پیدا کند، نسخه به‌روزشده یک مطلب در دیتابیس (مسترکپی) را دریافت می‌کند.

اما تفات اصلی این است که کنترل پایگاه داده همچنان با مدیران ویکی‌پدیا باقی می‌ماند و کنترل دسترسی‌ها و مجوزها توسط یک مقام مرکزی حفظ می‌شود. به نوعی مدیران ویکی‌پدیا می‌توانند یک مقاله را هر زمان که بخواهند حذف کنند.

اما در بلاک چین، مالک اطلاعات پایگاه داده، همان کاربران شبکه هستند و اطلاعات ثبت‌شده روی آن پاک نمی‌شود.

کاربردهای بلاک چین

همانطور که گفتیم بیت کوین و ارزهای دیجیتال غیرمتمرکز، مهم‌ترین و موفق‌ترین کاربرد فناوری بلاک چین هستند.

اما این فناوری می‌تواند به جز ارزهای دیجیتال، کاربردهای زیاد دیگری هم داشته باشد و هر کجا نیاز به فضایی برای ذخیره داده و از بین بردن نیاز به اعتماد باشد، امکان استفاده از آن وجود دارد.

با این فناوری می‌توان درست مثل یک جامعه یا سازمان، نوعی حاکمیت را در یک سیستم به‌ وجود آورد که همه بتوانند نسبت به سهامشان و اختیاراتی که دارند در جلو بردن آن سیستم سهیم باشند.

همچنین با این فناوری می‌شود دارایی‌ها را به توکن‌های دیجیتال تبدیل کرد و آن‌ها را به صورت یک دارایی قابل انتقال عرضه کرد.

به عنوان مثال، می‌توان ارزش یک خانه را به هزاران توکن دیجیتال تبدیل کرد و آن‌ها را نسبت به بودجه متقاضیان به فروش رساند تا افراد زیادی (حتی از کشورهای دیگر) بتوانند در آن خانه سرمایه‌گذاری کنند.

البته هنوز در دنیای واقعی به صورت گسترده  مورد استفاده قرار نمی‌گیرد و با اینکه این فناوری غیرمتمرکز است، در بسیاری از کارها با وجود آن باز هم مجبور به تکیه کردن به نهادها و سازمان‌های متمرکز هستیم.

اما با فراهم شدن زیرساخت‌های لازم مثل توسعه هوش مصنوعی یا اینترنت اشیاء می‌توان به کاربردهای بیشتر این فناوری امیدوار بود.

چرا بلاک چین اهمیت دارد؟

فناوری بلاک چین و کاربردهایش بی نظیر و نامحدود است تقریبا می‌تواند در هر چیزی که تراکنش پذیر باشد از جمله نقل و انتقال پول، کالا یا املاک کاربرد داشته باشد.

بزرگترین مانع کلاهبردارن است، ‌ زیرا هر نوع معامله صورت گرفته با تمام جزییات آن در دفتر کل ثبت شده و همه طرفین معامله می‌توانند به این جزییات دسترسی داشته باشند.

بلاک چین برای چه کسانی در دسترس است؟

هر کسی در هر جای دنیا که به اینترنت دسترسی دارد می‌تواند از آن در تراکنش‌های خود استفاده کند.

با این وجود پژوهش‌های بسیاری که صورت گرفته نشانگر افزایش استفاده از این فناوری در دهه آینده است، علاقه به حوزه بلاکچین در دنیا رو به افزایش است.

ارائه دوره های دانشگاهی بلاکچین، برگزاری انواع کنفرانس ها و همایش های این حوزه، استفاده بانک‌ها و موسسات مالی، شرکت‌های بیمه و شرکت‌های فناوری از آن به عنوان ابزاری برای کاهش هزینه‌ها، کاهش خطاهای سیتمی و افزایش کیفیت ارائه خدمات خود دلیلی بر این مدعاست.

 هنگامی که شما با هر رایانه ای که به شبکه بلاک چین متصل می شود یک کپی یا نسخه بروزرسانی شده از بلاک چین دارید.

بنابراین هزاران یا میلیونها در مورد بیت کوین نسخه از همان بلاک چین در دسترس کاربران قرار دارد و به نوعی محتویات بلاک چین برای همه قابل مشاهده است.

 این  حجم از گستردگی اطلاعات بلاک چین در شبکه ای از رایانه ها دستکاری اطلاعات را دشوارتر می کند، زیرا یک هکر نیاز به دستکاری هر نسخه از بلاک چین در شبکه دارد که با این همه نسخه موجود تقریباً غیر ممکن است.

از سوی دیگر، با نگاهی به بلاک چین بیت کوین، خواهید دید که شناسایی کاربران عملا غیرممکن است، زیرا اگرچه تراکنش های ثبت شده در بلاکچین کاملاً ناشناس نیستند.

اما اطلاعات شخصی کاربران تنها محدود به امضای دیجیتال یا نام کاربری آنها است. 

تامین کردن امنیت برای کاربران در بلاک چین

بلوک های جدید همیشه به شکل خطی و به ترتیب زمانی اضافه می شوند. بنابراین بلوک های جدید همیشه به پایان بلاک چین اضافه می شوند. هر بلوک در زنجیره دارای موقعیتی است به نام ارتفاع (height).

پس از اضافه شدن یک بلوک به انتهای blockchain دیگر کار تمام است و برگرداندن و دستکاری بلوک برای تغییر محتوای آن بسیار دشوار خواهد بود.

زیرا هر بلوک با هش اختصاصی به خود، و همچنین هش مربوط به بلوک قبل از آن علامت گذاری شده است.

کدهای هش از طریق یک عملکرد ریاضی ایجاد می شوند که اطلاعات دیجیتال را به رشته ای از اعداد و حروف تبدیل می کند.

در صورتی که این اطلاعات به هر طریق دستکاری و ویرایش شود، کد هَش نیز تغییر خواهد کرد. فرض کنیم یک هکر سعی کند اطلاعات تراکنش شما را دستکاری کند تا مجبور شوید بهای خرید خود را دوباره بپردازید.

همین که اطلاعات معامله شما ویرایش شود هَش بلوک تغییر می کند؛ بلوک بعدی در زنجیره هنوز حاوی هَش قدیمی است و  قاعدتاً هکر باید آن را هم به روزرسانی کند؛

و سپس بلوک بعدی تا آخر به این ترتیب است، محاسبه مجدد همه این هَش ها به قدرت محاسباتی عظیم و غیرقابل تصوری نیاز دارد.

به عبارت دیگر، پس از اضافه شدن یک بلوک به بلاک چین، ویرایش آن بسیار دشوار و حذف آن غیرممکن خواهد بود.

مشکلات و محدودیت های blockchain

• اصطلاحات تخصصی

به دلیل نوظهوری دارای مجموعه واژگانی کاملا جدید است. خوشبختانه در طول این چند سال تلاش های متعددی در زمینه ارائه واژه نامه ها، تعاریف و فهرست های کامل و آسان انجام شده است.

• گستردگی شبکه

باید شبکه ای بزرگ از کاربران وجود داشته باشد که بلاک چین ها به سود کامل برسند. و همچنان بر سر این که آیا این گستردگی ایراد مهمی برای برخی از پروژه های مجاز بلاک چین ها هست یا نه بحث وجود دارد.

• هزینه تراکنش ها، سرعت شبکه

تبادلات بیت کوین که در چند سال اول حضورش تقریبا رایگان اعلام شد، اکنون هزینه های قابل توجهی دارد.

• نقص امنیتی غیرقابل اجتناب

 در بیت کوین و سایر بلاک چین ها یک نقص امنیتی قابل توجه وجود دارد: اگر بیش از نیمی از رایانه هایی که به عنوان گره در شبکه فعالیت می کنند دروغ بگویند (دقت داشته باشید بیش از نیمی از رایانه ها)، دروغ به حقیقت تبدیل می شود.

این نقص “حمله ۵۱ درصد” نامیده می شود و ساتوشی ناکاموتو در زمان راه اندازی بیت کوین به آن اشاره کرد.

به همین دلیل استخرهای استخراج بیت کوین توسط جمع به دقت مورد نظارت قرار می گیرد تا اطمینان حاصل شود که هیچ کس ناآگاهانه چنین نفوذی را در شبکه فراهم نمی آورد.

لایه‌های اصلی در معماری بلاک چین

لایه‌های اصلی در معماری blockchain را می‌توان از بخش درونی به بیرونی به ترتیب زیر طبقه‌بندی کرد.

• لایه اپلیکیشن

در واقع، این لایه شامل اپلیکیشن غیر متمرکز (dApps)، مرورگر dApp، رابط کاربری و هاستینگ اپلیکیشن می‌شود. با استفاده از مرورگر dApp می‌توان به اپلیکیشن‌های غیر متمرکز دسترسی داشت.

متأسفانه، مرورگرهای معمولی مثل کروم و فایرفاکس توانایی لازم برای گشت‌وگذار میان اپلیکیشن‌های غیر متمرکز را ندارند؛

اما با مرورگرهای غیر متمرکز می‌توان در اینترنت معمولی گشت‌وگذار کرد. از مرورگرهای داخل اپلیکیشن متامسک یا تراست ولت می‌توان به دَپ‌ها دسترسی پیدا کرد.

سپس، هاستینگ اپلیکیشن امکان راه‌اندازی و اجرای تمام برنامه‌های غیر متمرکز را برای کاربر در این لایه فراهم می‌کند.

بدون این عنصر، هیچ اپلیکیشن غیر متمرکزی نمی‌تواند روی اینترنت اجرا شود. پرواضح است که پروتکل هاستینگ نیز به‌طور کامل غیر متمرکز است.

علاوه بر این، نگه‌داری از این سرورهای هاستینگ کاملا امن است. اپلیکیشن‌های غیر متمرکز اغلب مشابه اپلیکیشن‌های امروزی هستند و وجه تمایزشان فقط در داشتن شبکه‌ی غیر متمرکز است.

• لایه خدمات

در این لایه دسترسی به ابزار مهمی فراهم شده است که به شما کمک می‌کند لایه‌ی اپلیکیشن‌های غیر متمرکز را بسازید یا اجرا کنید.

همچنین، در این لایه امکان مشارکت در کنترل و دسترسی به محاسبات خارج از زنجیره، کانال‌های پرداخت (State Channels)، خوراک‌دهی داده (Data Feed) و ساید چین (Side Chain) فراهم می‌شود.

این بخش‌ها را به‌طور خلاصه می‌توان این‌چنین تعریف کرد که فرایند Data Feed به نودها اجازه می‌دهد که به‌روزترین نسخه‌ی اطلاعات از تمام منابع معتبر را درباره‌ی شبکه دریافت کنند.

محاسبات خارج از زنجیره اجازه می‌دهد که پردازش محاسباتی خارج از شبکه بلاک چین انجام شود و حریم خصوصی را افزایش دهد. کانال‌های پرداخت در واقع، به مسیر ارتباطی بین دو نود گفته می‌شود.

به‌غیراز این عناصر، ممکن است بخش‌های دیگری نیز در این لایه از بلاک چین وجود داشته باشد.

ازجمله می‌توان به اوراکل‌ها (Oracles)، امضای چندگانه (Multisignature)، قرارداد هوشمند، دارایی‌های دیجیتال، کیف‌های پول‌، حافظه‌ی توزیع‌شده ذخیره فایل، هویت‌های دیجیتال و… اشاره کرد.

• لایه معنایی

لایه معنایی (Semantic Layer) الگوریتم توافق عام، ماشین‌های مجازی و سایر ملزومات مشارکت کاربران و… را در بر می‌گیرد.

بدون الگوریتم اجماع، شبکه‌ی بلاک چین مفهوم خود را از دست می‌دهد. الگوریتم اجماع فرایندی ضروری برای توافق بین نودهای شبکه بلاک چین است.

بدین ترتیب، در این فرایند تمام نودها برای تأیید اطلاعات در شبکه باید به توافق برسند؛ بنابراین، هیچ کاربری نمی‌تواند یک تراکنش را آغاز کند و آن را در دفتر کل اضافه کند، مگر آن‌که با سایر کاربران به توافق برسد تا بعد از تأیید اعتبار اطلاعات، بلاک اضافه شود.

انواع مختلفی از الگوریتم‌های توافق تبیین شده است. برای مثال، نخستین الگوریتم اثبات کار نام دارد، الگوریتم گواه بر سهام و سایر مشتقات آن‌ها از دیگر الگوریتم‌های مورد استفاده در بلاک چین به شمار می‌روند.

الزامات مشارکت که در این لایه قرار می‌گیرند اشاره به قوانینی دارد که با استفاده از آن می‌توان درباره‌ی پیوستن کاربران جدید به شبکه تصمیم‌گیری کرد. این عنصر بیشتر در فناوری‌های بلاک چین خصوصی کاربرد دارد.

ماشین‌های مجازی موجود در این لایه نیز در راستای افزایش امنیت و محیط اجرا برای تمام وظایف در شبکه تعبیه شده است. این ویژگی غالبا برای اجرای قرارداد هوشمند استفاده می‌شود.

ساید چین‌های این لایه نیز به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد برای توسعه‌ی اپلیکیشن‌های غیر متمرکز از بلاک چین‌های جداگانه استفاده کنند تا هسته‌ی شبکه‌ی اصلی تحت‌الشعاع قرار نگیرد.

• لایه شبکه

این لایه متشکل از محیط اجرای قابل اطمینان (Trusted Execution Environment)، پروتکل RLPx، شبکه تحویل بلاک و… است.

محیط اجرای قابل اطمینان (TEE) به معماری برای حفظ مسائل توسعه‌پذیری کمک می‌کند. این قابلیت نه‌تنها باعث می‌شود که شبکه این دسته از مسائل را مرتفع کند، بلکه سبب افزایش امنیت شبکه می‌شود.

همچنین، کمک می‌کند که ذخیره‌سازی در خارج از شبکه‌ی اصلی انجام شود تا بار شبکه را بهینه‌سازی کند. پروتکل RLPx نیز مجموعه‌ای از پروتکل‌های شبکه است که به تبادل اطلاعات بین دو کاربر در بلاک چین کمک می‌کند.

• لایه زیرساخت

آخرین لایه در معماری فناوری بلاک چین، لایه زیرساخت است که شامل سه سطح سخت‌افزار، سیستم و سرور می‌شود. نودها و هر دستگاهی که به شبکه متصل می‌شود در این لایه طبقه‌بندی خواهد شد.

بخش دیگری از بلاک چین که در این لایه قرار می‌گیرد، حافظه ذخیره‌سازی غیر متمرکز شبکه است. توکن‌ها از دیگر اجزای تشکیل‌دهنده‌ی این لایه هستند.

انواع شبکه‌های بلاک چین